1. Autor:Seyed Mohammad Reza Razavizadeh
بخش سوم
مدولاسیونهای دیجیتال
Autor:Seyed Mohammad Reza Razavizadeh

2. Autor:Seyed Mohammad Reza Razavizadeh
مقدمه
انگیزۀ اصلی استفاده از مدولاسیون، بهره مندی کامل از محیطهای انتقال بوده و لذا میتوان عوامل تاثیر گذار بر این بهره مندی را که ملاک انتخاب روشهای مدولاسیون میگردد، بصورت زیر طبقه بندی نمود:
بر اساس نوع پیام مورد نظر برای ارسال:
voice/video (analog source)
data (digital source, machine-to-machine communications)
traffic statistics: continuous / bursty traffic
میزان تاخیری که مجاز هستیم.
نوع محیط انتقالی که در اختیار داریم.
در کاربردهای شبکه ائی، نوع شبکۀ مورد استفاده، نظیر:
cellular wireless networks (GSM, AMPS*)
RF-LANs (802.11b Wi-Fi, HiperLAN /2)
wire-line local area networks (Ethernet LANs)
public switched telephone network (PSTN)
Autor:Seyed Mohammad Reza Razavizadeh

3. Autor:Seyed Mohammad Reza Razavizadeh
انواع شیوه های مدولاسیون دیجیتال
با ملاحظه سیگنال رادیوئی حامل در فرم کلی میتوان شیوه های مختلفی از مدولاسیون دیجیتال نظیر آنچه در آنالوگ داشتیم طبق شکل زیر تعریف نمائیم:
Autor:Seyed Mohammad Reza Razavizadeh

4. Autor:Seyed Mohammad Reza Razavizadeh
مدولاسیون دامنۀ دیجیتال ASK (1)
در مدولاسیون دامنۀ یا ASK، اطلاعات مدوله کننده داده های باینری 0 و1 بوده و چون کاریر وابسته به وضعیت داده 0 یا 1 بین دو وضعیت سوئیچ میشود بنام ”مدولاسیون کلیدزنی on/off“ نیز شناخته میشود. 1 1
Amplitude Shift Keying (ASK) , On Off Keying (OOK)
Autor:Seyed Mohammad Reza Razavizadeh

5. Autor:Seyed Mohammad Reza Razavizadeh
مدولاسیون دامنۀ دیجیتال ASK (2)
Unipolar
ASK
Vm(t)
Vc(t)
VASK(t) 1
Vm(t) : input signal (digital)
Vc(t) : carrier signal
VASK(t) : output signal
Autor:Seyed Mohammad Reza Razavizadeh

6. Autor:Seyed Mohammad Reza Razavizadeh
مدولاسیون دامنۀ دیجیتال ASK (3)
حوزه فرکانس حوزه زمان
Carrier
Amplitud, V
f(Hz) X
Unipolar 1
f(Hz) =
ASK
f(Hz)
Autor:Seyed Mohammad Reza Razavizadeh

7. Autor:Seyed Mohammad Reza Razavizadeh
پهنای باند مدولاسیون دامنۀ دیجیتال ASK
BWASK = RS = Rb = 2fm
برای سیگنالهای غیر پریودیک:
fm : Max Frequency of input signal (Analogue)
fS =2 fm : Min Sampling Frequency of input signal
Rb = 1bit x fS =2fm : Min Bit Rate of input signal after 1 bit quantization (digital)
Autor:Seyed Mohammad Reza Razavizadeh

8. Autor:Seyed Mohammad Reza Razavizadeh
ارزیابی سیستم ASK
مزیتها
آسانی انجام مدولاسیون
بطور وسیعی در انتقال بوسیله فیبر نوری استفاده میشود.
معایب
حساس در برابرتضعیف سیگنال (ناکارآمدی در ارتباط دهی بین نقاط دور از هم).
محدودیت نرخ بیت
Slide 8
Autor:Seyed Mohammad Reza Razavizadeh

9. Autor:Seyed Mohammad Reza Razavizadeh
مدولاسیون فرکانس دیجیتال FSK
در مدولاسیون فرکانس یا FSK، فرکانس کاریر وابسته به وضعیت داده ورودی 0 یا 1 بین دو وضعیت فرکانسی مختلف fHi=fC+f و fLow=fC-f (حول کاریر)سوئیچ میشود : 1 1 1
Frequency Shift Keying (FSK)
Autor:Seyed Mohammad Reza Razavizadeh

10. Autor:Seyed Mohammad Reza Razavizadeh
پهنای باند مدولاسیون دامنۀ دیجیتال FSK
برای سیگنالهای غیر پریودیک:
BWFSK =2(Rb+f )
fm : Max Frequency of input signal (Analogue)
fS =2 fm : Min Sampling Frequency of input signal
Rb = 1bit x fS =2fm : Min Bit Rate of input signal after 1 bit quantization (digital)
Autor:Seyed Mohammad Reza Razavizadeh

11. مثال
سیگنال FSK ائی با دو فرکانس 51kHz و49kHz سیگنال مدوله شده دیجیتالی را ایجاد می کند،نرخ بیت را 2kbps فرض نمایید، مطلوبست:
محل فرکانس کاریر
میزان انحراف فرکانس
پهنای باند
Baud rate
1. fC = |(49 kHz + 51 kHz)|/2 = 50 kHz
2. f:
 f = |(49 kHz – 51 kHz)|/2 = 1 kHz
3. bandwidth:
BW = 2[1 + 2] = 6 kHz
4. Baud = fb / 1 = 2000 / 1 = 2000 symbol/s
29 November 2018

12. Autor:Seyed Mohammad Reza Razavizadeh
کاربردهای متداول شیوه FSK
مدم ها(Modulator/demodulator)
مخابرات موبایل(سلولی)
ارتباطات HF(در رنج 3-30 MHz)
انتقال دیتا بر روی خطوط قدرت
شبکه های خانگی دیتا با نرخ بیت بالای 14Mbps
تلفنهای Touch Tone
Slide 12
Slide 12
Slide 12
Autor:Seyed Mohammad Reza Razavizadeh

13. Autor:Seyed Mohammad Reza Razavizadeh
ارزیابی سیستم FSK
مزیتها
برخورداری از تضعیف کمتر سیگنال در مقایسه با شیوه ASK
تاثیر پذیری کمتری از نویز نسبت به ASK دارد.
معایب
غلبه نویز(prone to noise) در استفاده این شیوه برای ارتباطات دور(حدود 1km به بالا)
توانایی صرفا برای انتقال با نرخ بیت نسبتا پایین(baud rate 4800bps)
Slide 13
Slide 13
Autor:Seyed Mohammad Reza Razavizadeh

14. Autor:Seyed Mohammad Reza Razavizadeh
انواع هم خانواده های مدولاسیون FSK
MFSK (Multi or M-Array FSK)
DFSK (Double or Binary FSK)
dFSK (distributed)
GFSK (Gaussian)
این شیوه مدولاسیون FSK ائی است که از فیلترهای گاوسی شکلی بمنظور شکل دهی پالسهای FSK و در نهایت آرام نمودن شکل نهایی حوزه زمان موج نهایی و در نهایت کاهش موثر پهنای باند، بهره میبرد(چراکه بطور تئوری پهنای باند FSK نامحدود است).مدارات مجتمع بلوتوث موجود از شیوه مدولاسیون GFSK استفاده می کنند.
CP-FSK (Continuous Phase)
Autor:Seyed Mohammad Reza Razavizadeh

15. Autor:Seyed Mohammad Reza Razavizadeh
مقایسه مدولاسیونهای ASK و FSK
دلایل توجیهی و مواردی که توصیه میشود شیوه FSK انتخاب شود:
کاربردهای فرکانس بالا
امکان بروز تداخل با سایر سیگنالها/ آلودگی نویز بالا
دلایل توجیهی و مواردی که توصیه میشود شیوه ASK انتخاب شود:
کاربردهای قدرت پایین
کاربردهای که ارزانی قیمت ملاک است.
مواردی که سادگی ساخت مد نظر است(مصارف عمومی و غیر نظامی
ضرورت بکارگیری کریستال در FSK و معایب آن (نیاز به سیستم پایدار کنندة حرارتی و شکنندگی) سبب برتری نسبی ASK گردیده است.
گیرنده FSK از آستانه حداقل حساسیتی در مقابل ASK از نظر پرفورمنس خوب نویز برخوردار بوده که البته بهای آنرا با اشغال پهنای باند پانزده برابر بیشتر از ASK پرداخته است.
Autor:Seyed Mohammad Reza Razavizadeh

16. Autor:Seyed Mohammad Reza Razavizadeh
مدولاسیون فاز دیجیتال PSK
در مدولاسیون فاز یا PSK، کاریر وابسته به وضعیت داده ورودی 0 یا 1 بین دو وضعیت فازی مختلف(بهترین و ایمن ترین از نظر تشخیص در گیرنده دو فاز متقابل 0 و 180o میباشد) سوئیچ میشود بطوریکه اگر بیت وارده به مدولاتور تغییر حالت نداد فاز کاریر بدون تغییر باقی میماند، ولی با تغییر بیت (حال از 1 به0 یا از0 به 1 باشد) فاز کاریر تغییر می کند. : 1 1
Phase-Shift Keying
Autor:Seyed Mohammad Reza Razavizadeh

17. Autor:Seyed Mohammad Reza Razavizadeh
پهنای باند مدولاسیون دامنۀ دیجیتال PSK
BWPSK = Rb = 2BWbaseband
برای سیگنالهای غیر پریودیک:
BWbaseband : Max Frequency of input signal (Analogue)
fS =2 BWbaseband : Min Sampling Frequency of input signal
Rb = 1bit x fS =2 BWbaseband : Min Bit Rate of input signal after 1 bit quantization (digital)
Autor:Seyed Mohammad Reza Razavizadeh

18. مثال
سیگنال PSK ائی با فرکانس کاریر 70MHz و نرخ بیت ورودی 10Mbps مفروض است، مطلوبست:
1) مینیمم پهنای باند
2) ماکزیمم و مینیمم فرکانسهای باند کناری

19. Autor:Seyed Mohammad Reza Razavizadeh
ویژ گیهای BPSK
BPSK
باینری PSK، در این نوع چنانچه بیت ورودی ”0“ باشد یک موج سینوسی در خروجی مدولاتور ایجاد شده و برای بیت ”1“ سینوسی با دامنه منفی(inverted sine wave) تولید می گردد.
از ویژگی های بارز این نوع میتوان به موارد زیر اشاره نمود:
ساده ترین نوع PSK
راندمان طیف پایین
مناسب برای سیستمهایی نظیر ارتباطات ماهواره ائی
Autor:Seyed Mohammad Reza Razavizadeh

20. Autor:Seyed Mohammad Reza Razavizadeh
ارزیابی سیستم BPSK
مزیتها
مصونیت بالا در برابر نویز، فیدینگ، همشنوائی و انواع دیگر تداخل
برای اینکه گیرنده یک تصمیم اشتباه بگیرد منوط به بروز یک اعوجاج شدید میباشد.
معایب
تنها قادر است یک بیت بر نمونه را مدوله سازد.
نامناسب برای کاربردهای با نرخ بیت بالا
گرانی اجراء این تکنولوژی
Slide 20
Autor:Seyed Mohammad Reza Razavizadeh